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(共26張PPT)
第三單元 機(jī)械波
3.5 多普勒效應(yīng)
一、驅(qū)動問題
速度與激情 是方程式賽車吸引人的核心要素之一。賽車的最高時速可以超過350公里，這種速度帶來的視覺沖擊和感官刺激是無可比擬的 。如果你在賽道之外觀看，會聽見發(fā)動機(jī)聲音時高時低，這是什么原因呢？
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1842年的一天，奧地利一位名叫多普勒的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家正路過鐵路交叉處，恰逢一列火車從他身旁駛過，他發(fā)現(xiàn)火車從遠(yuǎn)而近時鳴笛聲變響，音調(diào)變尖，而火車從近而遠(yuǎn)時鳴笛聲變?nèi)酰粽{(diào)變低。他對這個物理現(xiàn)象產(chǎn)生了極大興趣，就進(jìn)行了研究。他發(fā)現(xiàn)當(dāng)聲源與觀察者之間相互靠近或遠(yuǎn)離時，觀察者聽到的聲音頻率就會不同于聲源發(fā)聲的頻率。當(dāng)聲源離觀察者遠(yuǎn)去時，觀察者接收到的聲波的波長增加，頻率變小，音調(diào)變得低沉；當(dāng)聲源向觀察者靠近時，觀察者接收到的聲波的波長減小，頻率變大，音調(diào)就變高。
奧地利物理學(xué)家多普勒（1803——1853）
一、驅(qū)動問題
二、多普勒效應(yīng)
（一）生活引入
3.當(dāng)觀察者與隊(duì)伍同向行走且速度比隊(duì)伍的小時，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘將小于30個人經(jīng)過。
1.觀察者靜止不動，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘假設(shè)有30個人經(jīng)過。
v測=0
2.當(dāng)觀察者逆著隊(duì)伍行走時，數(shù)經(jīng)過的隊(duì)伍中的人數(shù)，每分鐘將大于30個人經(jīng)過。
觀測者觀察人數(shù)等于“過人頻率”
v測
v測
觀測者觀察人數(shù)大于“過人頻率”
觀測者觀察人數(shù)小于“過人頻率”
二、多普勒效應(yīng)
（二）多普勒效應(yīng)
1.定義：當(dāng)火車向你駛來時，感覺音調(diào)變高；當(dāng)火車離你遠(yuǎn)去時，感覺音調(diào)變低。（音調(diào)由頻率決定，頻率高音調(diào)高；頻率低音調(diào)低）．
2.多普勒效應(yīng)成因分析：
(1)當(dāng)波源和觀察者都相對介質(zhì)靜止時
v測=0
S
觀察者在相同時間里接收到波的個數(shù)等于波源發(fā)出的波的個數(shù)，即接受到的頻率等于發(fā)出的頻率。
二、多普勒效應(yīng)
2.多普勒效應(yīng)成因分析：
(2)當(dāng)波源不動，觀察者靠近波源時
觀察者在相同時間里接收到波的個數(shù)大于波源發(fā)出的波的個數(shù)，即接受到的頻率大于發(fā)出的頻率。
S
v測
（二）多普勒效應(yīng)
二、多普勒效應(yīng)
（二）多普勒效應(yīng)
2.多普勒效應(yīng)成因分析：
(3)當(dāng)波源不動，觀察者遠(yuǎn)離波源時
觀察者在相同時間里接收到波的個數(shù)小于波源發(fā)出的波的個數(shù)，即接受到的頻率小于發(fā)出的頻率。
S
v測
二、多普勒效應(yīng)
（三）運(yùn)動和頻率的關(guān)系
波源的運(yùn)動情況 觀察者運(yùn)動情況 頻率的關(guān)系 波源靜止 觀察者靜止 觀察者接收頻率 波源的頻率
波源靜止 觀察者朝著波源運(yùn)動 波源靜止 觀察者遠(yuǎn)離波源運(yùn)動 波源朝著觀察者運(yùn)動 觀察者靜止 波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動 觀察者靜止 等于
大于
大于
小于
小于
二、多普勒效應(yīng)
（四）多普勒效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
二、多普勒效應(yīng)
（五）多普勒效應(yīng)成因
當(dāng)波源與觀察者有相對運(yùn)動時：
(1)如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；
(2)如果二者相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小。
波源向著觀察者運(yùn)動時
波源遠(yuǎn)離觀察者運(yùn)動時
三、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
（一）測速儀
你知道多普勒效應(yīng)在生活中有什么應(yīng)用嗎？
多普勒測速
三、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
（二）軍事應(yīng)用
殲20第五代隱身戰(zhàn)機(jī)
中國帶刀護(hù)衛(wèi)--055導(dǎo)彈驅(qū)逐艦
三、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
（三）醫(yī)用“彩超”
醫(yī)生向人體內(nèi)發(fā)射頻率已知的超聲波，超聲波被血管中的血流反射后又被儀器接收，測出反射波的頻率變化，就能知道血流的速度。這種方法俗稱“彩超”，可以檢查心臟、大腦和眼底血管的病變。
三、多普勒效應(yīng)的應(yīng)用
（四）觀察天體的運(yùn)動
理論和實(shí)驗(yàn)都證明，光波或電磁波都有多普勒效應(yīng)，多普勒效應(yīng)在科學(xué)技術(shù)中也有著廣泛的應(yīng)用。宇宙中的星球都在不停地運(yùn)動。測量星球上某些元素發(fā)出的光波的頻率，然后與地球上這些元素靜止時發(fā)光的頻率對照，就可算出星球靠近或遠(yuǎn)離我們的速度。
天眼利用多普勒效應(yīng)觀察其他星系
課堂小結(jié)
多普勒效應(yīng)
①定義：當(dāng)波源和觀察者之間有相對運(yùn)動時，使觀察者接 收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。
②成因：如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者相互遠(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小。
③應(yīng)用：多普勒測速、彩超等。
課堂反饋
1．下列選項(xiàng)與多普勒效應(yīng)無關(guān)的是（　　）
A．科學(xué)家用激光測量月球與地球間的距離
B．醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速
C．交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進(jìn)的速度
D．科學(xué)家通過比較星球與地球上同種元素發(fā)出光的頻率來計算星球遠(yuǎn)離地球的速度
A
課堂反饋
【答案】A
【詳解】A．科學(xué)家用激光測量月球與地球間的距離是利用光的反射原理，故A錯誤，符合題意；
B．醫(yī)生利用超聲波探測病人血管中血液的流速是利用超聲波的多普勒效應(yīng)，故B正確，不符合題意；
C．交通警察向車輛發(fā)射超聲波并通過測量反射波的頻率確定車輛行進(jìn)的速度是利用超聲波的多普勒效應(yīng)，故C正確，不符合題意；
D．科學(xué)家通過比較星球與地球上同種元素發(fā)出光的頻率來計算星球遠(yuǎn)離地球的速度，是利用光的多普勒效應(yīng)，故D正確，不符合題意。
故選D。
課堂反饋
2．如圖所示，將上下振動的振針?biāo)揭苿樱苿舆^程中在水面上形成了如圖所示的水波圖形，下列說法正確的是（　　）
A．振針在向右移動
B．振針在向左移動
C．在A處的觀察者，接收到的水波頻率不變
D．在A處的觀察者，接收到的水波頻率變大
A
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【答案】A
【詳解】AB．振針前進(jìn)方向上的水波變得密集，在其移動反方向的水波變得稀疏，因此振針在向右移動，選項(xiàng)A正確，B錯誤；
CD．波源遠(yuǎn)離觀察者時，觀察者接收到的頻率變小，即在A處的觀察者，接收到的水波頻率變小，選項(xiàng)CD錯誤。
故選A。
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3．如圖所示，裝有多普勒測速儀的汽車測速監(jiān)視器安裝在公路旁，它向行駛中的車輛發(fā)射已知頻率的超聲波，并接收被車輛反射回來的反射波．當(dāng)某汽車向測速監(jiān)視器靠近時，被該汽車反射回來的反射波與測速監(jiān)視器發(fā)出的超聲波相比（ ）
A．頻率不變，波速變小
B．波速不變，頻率變小
C．頻率不變，波速變大
D．波速不變，頻率變大
D
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【答案】D
【詳解】波速由介質(zhì)決定，所以被該汽車反射回來的反射超聲波與測速監(jiān)視器發(fā)出的超聲波相比波速不變；根據(jù)聲音的多普勒效應(yīng)，聲源和觀察者靠近時接收頻率變高，所以被該汽車反射回來的反射波與發(fā)出的超聲波相比頻率變大．
A. 頻率不變，波速變小，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)A不符合題意；
B. 波速不變，頻率變小，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)B不符合題意；
C. 頻率不變，波速變大，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)C不符合題意；
D. 波速不變，頻率變大，與結(jié)論相符，選項(xiàng)D符合題意；
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4．汽車無人駕駛技術(shù)已逐漸成熱，最常用的是ACC自適應(yīng)航控制，它可以控制無人車在前車減速時自動減速、前車加速時自動跟上去．其使用的傳感器主要有毫米波雷達(dá)，該雷達(dá)會發(fā)射和接收調(diào)制過的無線電波，再通過因波的時間差和多勒效應(yīng)造成的頻率變化來測量目標(biāo)的相對距離和相對速度．若該雷達(dá)發(fā)射的無線電就的頻率為f，接收到的回波的頻率為f′，則（ ）
A．當(dāng)f＝f′時，表明前車與無人車速度相同
B．當(dāng)f＝f′時，表明前車一定處于靜止?fàn)顟B(tài)
C．當(dāng)f′＞f時，表明前車在加速行駛
D．當(dāng)f′＜f時，表明前車在減速行駛
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【答案】A
【詳解】當(dāng)聲源和觀察者之間的距離不變化時，觀察者接收到的頻率和聲源發(fā)出的頻率相等，故當(dāng)f＝f′時，說明二者之間的距離不變，表明前車與無人車速度相同，但不一定靜止，故A正確，B錯誤；當(dāng)f′＞f時，說明接收到的頻率增大，說明兩車距離減小，表明前車在減速行駛，故C錯誤；當(dāng)f′＜f時，說明接收到的頻率減小，說明兩車距離增大，表明前車在加速行駛，故D錯誤．故選A．
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5. 公路巡警開車在高速公路上以100 km/h的恒定速度巡查,在同一車道上巡警車向前方的一輛轎車發(fā)出一個已知頻率的超聲波,結(jié)果該超聲波被那輛轎車反射回來時,巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出時低。
(1)此現(xiàn)象屬于(　　)
A.波的衍射 B.波的干涉
C.多普勒效應(yīng) D.波的反射
(2)若該路段限速為100 km/h,則該轎車是否超速
(3)若該轎車以20 m/s的速度行進(jìn),反射回的頻率應(yīng)是怎樣的
答案:(1)C (2)超速 (3)偏高
課堂反饋
解析:(1)巡警車接收到的超聲波頻率比發(fā)出時低,此現(xiàn)象為多普勒效應(yīng),選項(xiàng)C正確。
(2)因巡警車接收到的頻率低,由多普勒效應(yīng)知巡警車與轎車在相互遠(yuǎn)離,而巡警車車速恒定且在后面,可判斷轎車車速比巡警車車速大,故該轎車超速。
(3)若該轎車以20 m/s的速度行進(jìn)時,此時巡警車與轎車在相互靠近,由多普勒效應(yīng)知反射回的頻率應(yīng)偏高。
本課時結(jié)束
感謝觀看！

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